(57)【要約】【課題】蒸気駆動式圧縮機と電気駆動式圧縮機とをそれぞれ複数台備える蒸気システムにおいて、蒸気駆動式圧縮機を優先的に運転することで省エネルギーを図る。【解決手段】蒸気エンジン４により駆動される空気圧縮機５と、電動機１０により駆動される空気圧縮機１１とを、それぞれ複数台備える。蒸気エンジン４は、蒸気負荷と流体負荷とに基づき制御され、電動機１０は、流体負荷に基づき制御される。流体負荷が設定を上回ると圧縮機の運転台数を増加させる一方、流体負荷が設定を下回ると圧縮機の運転台数を減少させる。運転台数を増加させる際には蒸気エンジン４を優先して起動させる一方、運転台数を減少させる際には電動機１０を優先して停止させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気を用いて動力を起こす複数の第一原動機と、
この第一原動機により駆動され、流体を吐出または吸入する一または複数の第一被動機と、
蒸気以外を用いて動力を起こす複数の第二原動機と、
この第二原動機により駆動され、前記各第一被動機により流体が吐出または吸入される空間に対し、流体を吐出または吸入する一または複数の第二被動機とを備え、
前記各第一原動機は、その第一原動機にて使用後の蒸気が供給される箇所の蒸気負荷と、前記各被動機により流体が吐出または吸入される前記空間内の流体負荷とに基づき制御され、
前記各第二原動機は、前記各被動機により流体が吐出または吸入される前記空間内の流体負荷に基づき制御され、
流体負荷が設定を上回ると前記各原動機の運転台数を増加させる一方、流体負荷が設定を下回ると前記各原動機の運転台数を減少させ、
運転台数を増加させる際には前記第一原動機を優先して起動させる一方、運転台数を減少させる際には前記第二原動機を優先して停止させる
ことを特徴とする蒸気システム。
【請求項２】
運転台数を増加させる際、既に運転中の前記第一原動機がある場合には、その第一原動機の運転負荷も考慮して、前記第一原動機と前記第二原動機との内、いずれを起動させるかを決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気システム。
【請求項３】
前記蒸気負荷は、前記第一原動機にて使用後の蒸気が供給される箇所の蒸気圧により求められ、
前記流体負荷は、前記各被動機により流体が吐出または吸入される前記空間内の圧力により求められ、
前記運転中の第一原動機の運転負荷は、その第一原動機の回転数、またはその第一原動機にて使用後の蒸気が供給される箇所の蒸気圧により求められる
ことを特徴とする請求項２に記載の蒸気システム。
【請求項４】
運転中の前記第一原動機が蒸気負荷条件により待機状態に入る際、既にそのような待機状態にある前記第一原動機が別にある場合には、その内の設定台数のみを残し、他を停止させる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸気システム。
【請求項５】
複数の前記第一原動機を運転させる際には、一台を容量制御し、他を全負荷運転する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸気システム。
【請求項６】
全ての前記第二被動機により流体を吐出または吸入する能力は、全ての前記第一被動機により流体を吐出または吸入する能力以上とされ、且つ流体負荷の最大時に要する能力以上とされる
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の蒸気システム。
【請求項７】
前記各第一原動機には、給蒸路を介して蒸気が供給され、
前記各第一原動機からの蒸気は、排蒸路を介して蒸気ヘッダに供給され、
この蒸気ヘッダは、前記各第一原動機で共通の蒸気ヘッダとされる
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の蒸気システム。
【請求項８】
前記蒸気ヘッダ内の蒸気圧により求められる前記蒸気負荷と、前記各被動機により流体が吐出または吸入される前記空間内の圧力により求められる前記流体負荷とに基づき、前記各給蒸路の給蒸弁の開閉または開度を変更して、前記各第一原動機が制御される
ことを特徴とする請求項７に記載の蒸気システム。
【請求項９】
前記各第一原動機は、スクリュ式蒸気エンジンとされ、
前記各第一被動機は、空気圧縮機とされ、
前記各第二原動機は、電動機とされ、
前記各第二被動機は、空気圧縮機とされる
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の蒸気システム。
【請求項１０】
前記第一原動機ごとに前記第一被動機が設けられ、
前記第二原動機ごとに前記第二被動機が設けられる
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の蒸気システム。
【請求項１１】
前記第一原動機ごとに設けられる前記第一被動機と、前記第二原動機ごとに設けられる前記第二被動機とが、それぞれ共通の被動機として構成される
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の蒸気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気を用いて圧縮機などを駆動して、消費電力の削減を図る蒸気システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
出願人は、先に、下記特許文献１に開示されるように、蒸気駆動式圧縮機ユニット（２）と電気駆動式圧縮機ユニット（３）とを備える蒸気システム（１）につき提案し、既に特許を受けている。蒸気駆動式圧縮機ユニット（２）は、蒸気を受けて動力を起こす蒸気エンジン（４）と、この蒸気エンジンにより駆動される空気圧縮機（５）とを備える。また、電気駆動式圧縮機ユニット（３）は、電力を受けて動力を起こす電動機（１０）と、この電動機により駆動される空気圧縮機（１１）とを備える。
【０００３】
この蒸気システムは、蒸気および圧縮空気が使用される現場で、且つ空気圧縮機を電動機で駆動させている現場に好適に適用される。そして、空気圧縮機を蒸気エンジンで駆動し、電動機は補助的に用いることで、省電力を図るものである。すなわち、蒸気負荷がある場合、電動機よりも蒸気エンジンによる圧縮機の駆動を優先し、蒸気エンジンだけでは賄いきれない場合に、電動機を補助駆動するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１９６３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、複数台の電気駆動式圧縮機が稼働する現場では、それに応じたシステムが必要となる。特に、蒸気エンジンは、蒸気負荷（蒸気の使用）と流体負荷（圧縮空気の使用）とがある場合に運転するが、蒸気負荷が少ない場合には全負荷運転ではない。そのような状況で流体負荷だけがさらに増えた場合、蒸気エンジンの運転台数を単に増加させるだけでは、運転効率が悪い。
【０００６】
また、蒸気エンジンは、蒸気負荷と流体負荷とがある場合に運転を開始するが、その後に蒸気負荷がなくなると運転を休止して、待機状態に入ることになる。つまり、流体負荷条件により運転中ではあるが、蒸気負荷条件により待機している場合がある。このような待機状態の蒸気エンジンが複数あると、次に蒸気負荷が生じた場合に、それら複数の蒸気エンジンが同期して、一気に運転を開始することになる。その場合、蒸気エンジンの上流側における蒸気圧が一時的にではあるが低下してしまうなどの不都合を生じるおそれがある。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、蒸気エンジンからなる第一原動機と、電動機などからなる第二原動機とを備え、第一原動機による駆動を優先することで省エネルギーを図る蒸気システムであって、第一原動機および第二原動機が複数台である場合にも対応可能とすることにある。また、蒸気負荷条件により、第一原動機が全負荷運転していなかったり、第一原動機が待機状態にあったりしても、効率よく運転する蒸気システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、蒸気を用いて動力を起こす複数の第一原動機と、この第一原動機により駆動され、流体を吐出または吸入する一または複数の第一被動機と、蒸気以外を用いて動力を起こす複数の第二原動機と、この第二原動機により駆動され、前記各第一被動機により流体が吐出または吸入される空間に対し、流体を吐出または吸入する一または複数の第二被動機とを備え、前記各第一原動機は、その第一原動機にて使用後の蒸気が供給される箇所の蒸気負荷と、前記各被動機により流体が吐出または吸入される前記空間内の流体負荷とに基づき制御され、前記各第二原動機は、前記各被動機により流体が吐出または吸入される前記空間内の流体負荷に基づき制御され、流体負荷が設定を上回ると前記各原動機の運転台数を増加させる一方、流体負荷が設定を下回ると前記各原動機の運転台数を減少させ、運転台数を増加させる際には前記第一原動機を優先して起動させる一方、運転台数を減少させる際には前記第二原動機を優先して停止させることを特徴とする蒸気システムである。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、蒸気を用いて動力を起こす第一原動機と、電動機などから構成される第二原動機とが、それぞれ複数であっても、第一原動機を優先して運転させつつ、流体負荷の変動に対応することで、省エネルギーを図ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、運転台数を増加させる際、既に運転中の前記第一原動機がある場合には、その第一原動機の運転負荷も考慮して、前記第一原動機と前記第二原動機との内、いずれを起動させるかを決定することを特徴とする請求項１に記載の蒸気システムである。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、運転台数を増加させる際、既に運転中の第一原動機があれば、その運転負荷も考慮して、第一原動機と第二原動機との内、いずれを追加で起動するかが決定される。従って、既に運転中の第一原動機が、蒸気負荷条件により、設定負荷未満で運転されていたり、待機状態にあったりした場合には、第一原動機ではなく第二原動機を起動させることで、蒸気システムの効率が下がるのを防止できる。また、このようにして、第一原動機と第二原動機との内、いずれかを追加で起動することで、流体負荷の変動に追従することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記蒸気負荷は、前記第一原動機にて使用後の蒸気が供給される箇所の蒸気圧により求められ、前記流体負荷は、前記各被動機により流体が吐出または吸入される前記空間内の圧力により求められ、前記運転中の第一原動機の運転負荷は、その第一原動機の回転数、またはその第一原動機にて使用後の蒸気が供給される箇所の蒸気圧により求められることを特徴とする請求項２に記載の蒸気システムである。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、蒸気負荷および流体負荷は、それぞれ圧力に基づき求められ、第一原動機の運転負荷は、その回転数または蒸気負荷により求められる。これにより、簡易な構成および制御で、各原動機を制御して、運転効率を高めることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、運転中の前記第一原動機が蒸気負荷条件により待機状態に入る際、既にそのような待機状態にある前記第一原動機が別にある場合には、その内の設定台数のみを残し、他を停止させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸気システムである。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、蒸気負荷条件により待機状態になる第一原動機は設定台数のみとなる。仮に設定台数を超える台数の第一原動機が待機状態となれば、次に蒸気負荷が生じた場合に、待機状態であった全ての第一原動機が一気に運転を開始し、蒸気エンジン上流側の蒸気圧が低下してしまうおそれがあるが、待機状態になる第一原動機を設定台数のみとすることでそのような不都合を防止することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、複数の前記第一原動機を運転させる際には、一台を容量制御し、他を全負荷運転することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸気システムである。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、第一原動機が複数台運転される場合でも、その内の一台を容量制御することになる。これにより、簡易な制御で、効率よく運転することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、全ての前記第二被動機により流体を吐出または吸入する能力は、全ての前記第一被動機により流体を吐出または吸入する能力以上とされ、且つ流体負荷の最大時に要する能力以上とされることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の蒸気システムである。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、蒸気利用が全くない場合にも、従来どおり、電動機などの第二原動機だけで、所望量の流体を吐出または吸入することができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、前記各第一原動機には、給蒸路を介して蒸気が供給され、前記各第一原動機からの蒸気は、排蒸路を介して蒸気ヘッダに供給され、この蒸気ヘッダは、前記各第一原動機で共通の蒸気ヘッダとされることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の蒸気システムである。
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、各第一原動機からの蒸気が共通の蒸気ヘッダへ供給される。これにより、簡易な構成および制御で、請求項１〜６のいずれか１項に記載の蒸気システムを実現することができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、前記蒸気ヘッダ内の蒸気圧により求められる前記蒸気負荷と、前記各被動機により流体が吐出または吸入される前記空間内の圧力により求められる前記流体負荷とに基づき、前記各給蒸路の給蒸弁の開閉または開度を変更して、前記各第一原動機が制御されることを特徴とする請求項７に記載の蒸気システムである。
【００２３】
請求項８に記載の発明によれば、蒸気ヘッダ内の圧力を用いて、各第一原動機への給蒸弁を制御することで、簡易に蒸気システムを運転することができる。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、前記各第一原動機は、スクリュ式蒸気エンジンとされ、前記各第一被動機は、空気圧縮機とされ、前記各第二原動機は、電動機とされ、前記各第二被動機は、空気圧縮機とされることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の蒸気システムである。
【００２５】
請求項９に記載の発明によれば、スクリュ式蒸気エンジンを用いることで、タービン式に比べて効率がよい。また、スクリュ式蒸気エンジンの場合、給蒸量を調整することで出力調整も容易である。さらに、各種工場や事業所における空気駆動機器の作動用、ブローや乾燥など製造プロセス用、その他各分野において広く用いられる空気圧縮機を駆動させるので、汎用性に優れる。
【００２６】
請求項１０に記載の発明は、前記第一原動機ごとに前記第一被動機が設けられ、前記第二原動機ごとに前記第二被動機が設けられることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の蒸気システムである。
【００２７】
請求項１０に記載の発明によれば、たとえば、第二原動機により第二被動機を稼働させている現場において、その既設の第二原動機および第二被動機に対応して、新たに第一原動機および第一原動機を設置することで、第二原動機に代えて第一原動機を優先的に運転させて、省エネルギーを図ることができる。
【００２８】
さらに、請求項１１に記載の発明は、前記第一原動機ごとに設けられる前記第一被動機と、前記第二原動機ごとに設けられる前記第二被動機とが、それぞれ共通の被動機として構成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の蒸気システムである。
【００２９】
請求項１１に記載の発明によれば、共通の被動機を各原動機により駆動可能とすることで、構成を簡易なものとして、コンパクト化を図ることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の蒸気システムによれば、蒸気エンジンからなる第一原動機と、電動機などからなる第二原動機とを備え、第一原動機による駆動を優先することで省エネルギーを図る蒸気システムであって、第一原動機および第二原動機が複数台である場合にも対応可能となる。また、蒸気負荷条件により、第一原動機が全負荷運転していなかったり、第一原動機が待機状態にあったりしても、効率よく運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の蒸気システムの一実施例を示す概略図である。
【図２】図１の蒸気システムにおいて、各被動機が圧縮機の場合の設定圧力の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
つぎに、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の蒸気システムは、蒸気エンジンと電動機などとの組合せで用いられる複数の原動機と、これら原動機により駆動される圧縮機または真空ポンプなどの一または複数の被動機とを備える。より具体的には、蒸気を用いて動力を起こす複数の第一原動機と、この第一原動機により駆動される一または複数の第一被動機と、蒸気以外を用いて動力を起こす複数の第二原動機と、この第二原動機により駆動される一または複数の第二被動機とを備える。
【００３３】
各第一原動機は、蒸気を用いて動力を起こす蒸気エンジンである。蒸気エンジンは、蒸気タービンでもよいが、好適にはスクリュ式蒸気エンジンである。スクリュ式蒸気エンジンは、互いにかみ合うスクリュロータ間に蒸気が導入され、その蒸気によりスクリュロータを回転させつつ蒸気を膨張して減圧し、その際のスクリュロータの回転により動力を得る装置である。
【００３４】
各第一原動機には、蒸気供給源から蒸気が供給される。蒸気供給源は、典型的には蒸気ボイラである。各第一原動機への蒸気供給源は、異なってもよいが、典型的には同一とされる。たとえば、蒸気ボイラからの蒸気は、蒸気ヘッダ（第一蒸気ヘッダという）に供給され、この第一蒸気ヘッダの蒸気が、給蒸路を介して各第一原動機に供給される。
【００３５】
各第一原動機の制御は、その第一原動機への給蒸の有無または量を制御してなされる。具体的には、各第一原動機への給蒸路に給蒸弁を設け、この給蒸弁の開閉または開度を制御する。これにより、各第一原動機への給蒸の有無または量を変更でき、各第一原動機の作動の有無または出力を変更できる。
【００３６】
たとえば、第一原動機が蒸気タービンの場合、給蒸弁の開閉を制御することで、蒸気タービンへの給蒸の有無を切り替えればよい。これにより、蒸気タービンの作動の有無を変更することができる。一方、第一原動機がスクリュ式蒸気エンジンの場合、蒸気タービンの場合と同様に給蒸弁の開閉を制御してもよいし、給蒸弁の開度を制御してもよい。給蒸弁の開度を制御する場合、スクリュ式蒸気エンジンへの給蒸量を調整して、スクリュ式蒸気エンジンの出力を変更することができる。
【００３７】
但し、各第一原動機の制御は、以上の構成に限らない。すなわち、各第一原動機は、給蒸の有無または量が変更可能であれば足り、各第一原動機への給蒸路に給蒸弁を設けて、その給蒸弁により制御する必要は必ずしもない。また、各第一原動機への給蒸側と、各第一原動機からの排蒸側とを、バイパス路で接続し、このバイパス路に、バイパス弁を設けてもよい。このバイパス弁として、自力式の減圧弁を用いることができる。
【００３８】
各第一原動機は、蒸気を膨張し減圧するものであるから、減圧弁としても機能する。それ故、各第一原動機にて使用後の蒸気は、従来の減圧弁通過後の蒸気と同様に利用可能である。すなわち、従来、蒸気ボイラからの蒸気は、減圧弁を介して蒸気使用装置へ供給されるが、それと同様に、各第一原動機にて使用後の蒸気も、蒸気使用装置へ供給できる。
【００３９】
各第一原動機にて使用後の蒸気が供給される箇所は、異なってもよいが、典型的には同一とされる。たとえば、各第一原動機からの蒸気は、排蒸路を介して共通の蒸気ヘッダ（第二蒸気ヘッダという）に供給される。そして、その第二蒸気ヘッダの蒸気は、一または複数の蒸気使用装置に供給される。
【００４０】
第一被動機は、第一原動機により駆動され、流体を吐出または吸入する装置である。具体的には、第一被動機は、ポンプ、送風機、圧縮機、または真空ポンプなどである。第一被動機は、ポンプ、送風機または圧縮機の場合、流体を吐出し、真空ポンプの場合、流体を吸入する。
【００４１】
第一被動機は、たとえば空気圧縮機とされる。この空気圧縮機は、往復式や回転式など、その種類を特に問わないが、本実施形態ではスクリュ式圧縮機である。スクリュ式圧縮機は、互いにかみ合って回転するスクリュロータ間に気体を吸入して、スクリュロータの回転により圧縮して吐出する装置である。
【００４２】
各第二原動機は、蒸気以外を用いて動力を起こす装置である。各第二原動機は、典型的には電動機（モータ）とされるが、ディーゼルエンジンなどでもよい。第二原動機が電動機の場合、オンオフ制御されてもよいし、インバータ制御されてもよい。周知のとおり、インバータ制御によれば、電動機に印加する電源の周波数を変えることで、電動機の回転数を変えることができる。
【００４３】
第二被動機は、第二原動機により駆動され、流体を吐出または吸入する装置である。具体的には、第二被動機は、ポンプ、送風機、圧縮機、または真空ポンプなどである。第二被動機は、ポンプ、送風機または圧縮機の場合、流体を吐出し、真空ポンプの場合、流体を吸入する。
【００４４】
第二被動機は、第一被動機により流体が吐出または吸入される空間に対し、第一被動機と同様に、流体を吐出または吸入する装置である。そのため、第二被動機は、第一被動機と同一機能のものとされる。たとえば、第一被動機が空気圧縮機の場合には、第二被動機も空気圧縮機とされる。但し、第二被動機は、第一被動機と機能が同一であれば、機構まで同一である必要はない。たとえば、第一被動機がスクリュ式の空気圧縮機である場合、第二被動機は、空気圧縮機である限り、スクリュ式に限らず、往復式（レシプロ圧縮機）などでもよい。
【００４５】
ところで、第一被動機は、典型的には第一原動機ごとに設けられるが、複数の第一原動機で、共通の第一被動機を駆動させてもよい。また、第二被動機も、典型的には第二原動機ごとに設けられるが、複数の第二原動機で、共通の第二被動機を駆動させてもよい。
【００４６】
さらに、第一被動機と第二被動機とは、共通の被動機として構成されてもよい。たとえば、第二原動機として両軸モータが用いられ、この電動機を貫通するよう設けられる回転軸は、一端部に第一原動機の出力軸が接続され、他端部に被動機の入力軸が接続されてもよい。これにより、共通の被動機が、第一原動機により駆動可能とされると共に、それに代えてまたはそれに加えて、第二原動機により駆動可能とされる。
【００４７】
各第一原動機は、その第一原動機にて使用後の蒸気が供給される箇所の蒸気負荷と、各被動機により流体が吐出または吸入される空間内の流体負荷とに基づき制御される。一方、各第二原動機は、前記各被動機により流体が吐出または吸入される空間内の流体負荷に基づき制御される。
【００４８】
ここで、蒸気負荷とは、第一原動機にて使用後の蒸気が供給される箇所の蒸気の使用量である。この蒸気負荷は、第一原動機にて使用後の蒸気が供給される箇所の蒸気圧により検出できる。たとえば、第一原動機からの排蒸路またはその先に設けられる第二蒸気ヘッダ内の蒸気圧に基づき、蒸気の使用負荷（蒸気負荷）を検出できる。すなわち、蒸気使用装置にて蒸気が使用される場合には、排蒸路内または第二蒸気ヘッダ内の蒸気圧が下がるので、蒸気負荷を検出できる。
【００４９】
一方、流体負荷とは、前記各被動機により流体が吐出または吸入される空間内の流体の負荷である。具体的には、前記各被動機がポンプ、送風機または圧縮機の場合、これが吐出する空間内の流体の使用量である。また、前記各被動機が真空ポンプの場合、これが吸入する空間内の流体の存在量である。つまり、前記各被動機が真空ポンプの場合、真空度が低くなれば、流体負荷があることになる。
【００５０】
いずれの流体負荷も、前記各被動機により流体が吐出または吸入される空間内の圧力により検出できる。たとえば、前記各被動機が空気圧縮機の場合、その圧縮空気を一または複数の圧縮空気使用装置へ送る共通の管内またはタンク内の圧力に基づき、圧縮空気の使用負荷を検出できる。すなわち、圧縮空気使用装置にて圧縮空気が使用される場合には、前記管内またはタンク内の空気圧が下がるので、流体負荷を検出できる。
【００５１】
各第一原動機と各第二原動機とは、それぞれの駆動の有無または量が変更されて、制御される。この際、前記各被動機により流体が吐出または吸入される空間内の圧力が設定範囲に収まるように、前記各原動機の運転台数が変更される。具体的には、流体負荷が設定を上回る（たとえば、前記各被動機が空気圧縮機の場合、前記空間内の圧力が設定を下回る）と前記各原動機の運転台数を増加させる一方、流体負荷が設定を下回る（たとえば、前記各被動機が空気圧縮機の場合、前記空間内の圧力が設定を上回る）と前記各原動機の運転台数を減少させる。そして、運転台数を増加させる際には第一原動機を優先して起動させる一方、運転台数を減少させる際には第二原動機を優先して停止させることで、省エネルギーを図ることができる。
【００５２】
複数の第一原動機を運転させる際には、一台を容量制御し、他を全負荷運転するのが好ましい。たとえば、複数の第一原動機を運転させる際、一台だけ給蒸弁の開度を調整して出力調整し、他は給蒸弁を全負荷となる開度にすればよい。また、第二原動機（または第二被動機）が容量制御可能な場合、複数の第二原動機を運転させる際には、一台を容量制御し、他を全負荷運転するのが好ましい。たとえば、インバータ制御可能な電動機から構成される第二被動機が複数台運転中には、一台をインバータ制御し、他を全負荷運転するのが好ましい。さらに、複数の第一原動機と第二原動機とを運転させる際には、その内の一台を容量制御し、他を全負荷運転するのが好ましい。
【００５３】
運転台数を増加させる際には、既に運転中の第一原動機がある場合には、その第一原動機の運転負荷も考慮して、第一原動機と第二原動機との内、いずれを起動させるかを決定するのがよい。この場合、既に運転中の第一原動機が、蒸気負荷条件により、設定負荷未満で運転されていたり、待機状態にあったりした場合には、第一原動機ではなく第二原動機を起動させることで、蒸気システムの効率が下がるのを防止できる。これにより、たとえば、複数の第一原動機がそれぞれ少ない蒸気で運転されることを防止して、第一原動機の運転効率を維持することができる。なお、待機状態とは、蒸気負荷と流体負荷とがあることで運転を開始した蒸気エンジンが、その後に蒸気負荷がなくなることで運転を一時休止している状態をいう。つまり、流体負荷条件により運転中ではあるが、蒸気負荷条件により運転を一時休止している状態をいう。
【００５４】
ここで、第一原動機の運転負荷は、その第一原動機の回転数、またはその第一原動機にて使用後の蒸気が供給される箇所の蒸気圧により求められる。さらに、第一被動機からの流体吐出流量（または第一被動機への流体吸入流量）や、第一原動機からの蒸気吐出流量（または第一原動機への蒸気吸入流量）により、第一原動機の運転負荷を検出してもよい。
【００５５】
また、運転中の第一原動機が蒸気負荷条件により待機状態に入る際、既にそのような待機状態にある第一原動機が別にある場合には、その内の設定台数のみを残し、他を停止させるのがよい。たとえば、一台のみを残し、他を停止させるのがよい。具体的には、運転中の第一原動機が蒸気負荷条件により待機状態に入る際、既にそのような待機状態にある第一原動機が別にある場合、その既に待機中の台数が設定台数未満の場合にはそれに加えて新たに待機状態にすればよいし、既に待機中の台数が設定台数に至っている場合には、設定台数のみを待機状態とし、他を停止させればよい。仮に設定台数を超える台数の第一原動機が待機状態となれば、次に蒸気負荷が生じた場合に、待機状態であった全ての第一原動機が一気に運転を開始し、蒸気エンジン上流側の蒸気圧が低下してしまうおそれがあるが、待機状態になる第一原動機を設定台数のみとすることでそのような不都合を防止することができる。
【００５６】
ところで、全ての第二被動機により流体を吐出または吸入する能力は、全ての第一被動機により流体を吐出または吸入する能力以上とされ、且つ流体負荷の最大時に要する能力以上とされるのがよい。この場合、蒸気利用が全くない場合にも、従来どおり、電動機などの第二原動機だけで、所望量の流体を吐出または吸入することができる。
【実施例】
【００５７】
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の蒸気システムの一実施例を示す概略図である。本実施例の蒸気システム１は、蒸気駆動式圧縮機ユニット２と、電気駆動式圧縮機ユニット３とをそれぞれ複数備える。図示例では、各圧縮機ユニット２，３を三つずつ（２ａ〜２ｃ，３ａ〜３ｃ）備えるが、その数は適宜に変更可能である。また、両圧縮機ユニット２，３が必ずしも同じ数である必要もない。
【００５８】
各蒸気駆動式圧縮機ユニット２（２ａ〜２ｃ）は、蒸気を受けて動力を起こす蒸気エンジン（第一原動機）４（４ａ〜４ｃ）と、この蒸気エンジン４により駆動される空気圧縮機（第一被動機）５（５ａ〜５ｃ）とを備える。蒸気エンジン４は、蒸気タービンでもよいが、好適にはスクリュ式蒸気エンジンである。スクリュ式蒸気エンジンは、互いにかみ合うスクリュロータ間に蒸気が導入され、その蒸気によりスクリュロータを回転させつつ蒸気を膨張して減圧し、その際のスクリュロータの回転により動力を得る装置である。
【００５９】
蒸気エンジン４（４ａ〜４ｃ）に対しては、給蒸路６（６ａ〜６ｃ）を介して蒸気が供給され、排蒸路７（７ａ〜７ｃ）を介して蒸気が排出される。各蒸気駆動式圧縮機ユニット２（２ａ〜２ｃ）の制御器８（８ａ〜８ｃ）は、給蒸路６（６ａ〜６ｃ）に設けた給蒸弁９（９ａ〜９ｃ）を制御することで、蒸気エンジン４（４ａ〜４ｃ）を制御する。具体的には、給蒸弁９の開閉を制御することで、蒸気エンジン４の作動の有無を切り替える。さらに、本実施例では、給蒸弁９の開度を調整して、蒸気エンジン４の出力を調整する。
【００６０】
空気圧縮機５は、その種類を特に問わないが、好適にはスクリュ式圧縮機である。スクリュ式圧縮機は、互いにかみ合って回転するスクリュロータ間に気体を吸入して、スクリュロータの回転により圧縮して吐出する装置である。
【００６１】
各電気駆動式圧縮機ユニット３（３ａ〜３ｃ）は、電力を受けて動力を起こす電動機（第二原動機）１０（１０ａ〜１０ｃ）と、この電動機１０により駆動される空気圧縮機（第二被動機）１１（１１ａ〜１１ｃ）とを備える。この空気圧縮機１１も、蒸気駆動式圧縮機ユニット２の場合と同様に、その種類を特に問わないが、好適にはスクリュ式圧縮機である。
【００６２】
電気駆動式圧縮機ユニット３（３ａ〜３ｃ）の制御器１２（１２ａ〜１２ｃ）は、電動機１０（１０ａ〜１０ｃ）を制御する。具体的には、電動機１０への電力供給の有無を制御することで、電動機１０の作動の有無を切り替える。但し、電動機１０をインバータ制御して、電動機１０の出力を調整可能としてもよい。つまり、インバータにおいて電動機１０に印加する電源の周波数を変えることで、電動機１０の回転数を変えてもよい。
【００６３】
前述したとおり、各蒸気エンジン４は、蒸気が供給されて駆動される。図示例では、蒸気ボイラ１３からの蒸気は、第一蒸気ヘッダ１４に供給され、その第一蒸気ヘッダ１４の蒸気が、給蒸路６を介して各蒸気エンジン４に供給される。そして、各蒸気エンジン４にて使用後の蒸気は、排蒸路７を介して第二蒸気ヘッダ１５に供給され、その第二蒸気ヘッダ１５の蒸気が、各種の蒸気使用装置（図示省略）に供給可能とされる。
【００６４】
また、第一蒸気ヘッダ１４と第二蒸気ヘッダ１５とは、バイパス路１６を介しても接続される。図示例では、第一蒸気ヘッダ１４から各蒸気エンジン４への給蒸路６の内、各給蒸弁９よりも上流部と、各蒸気エンジン４から第二蒸気ヘッダ１５への排蒸路７の中途部とが、バイパス路１６で接続される。そして、このバイパス路１６の中途部には、バイパス弁１７が設けられる。このバイパス弁１７は、開閉制御される弁であってもよいが、本実施例では自力式の減圧弁とされる。具体的には、バイパス弁１７は、第二蒸気ヘッダ１５内の蒸気圧を所定に維持するように、機械的に自力で開度調整する減圧弁とされる。
【００６５】
いずれの蒸気ヘッダ１４，１５からの蒸気も、蒸気使用装置に供給可能である。蒸気エンジン４は、減圧弁としても機能するので、第二蒸気ヘッダ１５内の蒸気は、減圧弁通過後の蒸気として、そのまま利用することもできる。
【００６６】
ところで、本実施例の蒸気ボイラ１３は、第一蒸気ヘッダ１４内の蒸気圧に基づき制御される。具体的には、第一蒸気ヘッダ１４内の蒸気圧に基づき、バーナの燃焼量を制御される。これにより、第一蒸気ヘッダ１４内の蒸気圧は、所望に維持される。
【００６７】
第二蒸気ヘッダ１５には、その蒸気の使用負荷（蒸気負荷という）を把握するために、第一圧力センサ１９が設けられる。この第一圧力センサ１９により、第二蒸気ヘッダ１５内の蒸気圧が監視される。これにより、その蒸気圧が所定値を下回るか否かにより、蒸気負荷があるか否かを検知可能である。すなわち、蒸気が使用される場合には、第二蒸気ヘッダ１５内の蒸気圧が下がるので、それが所定値未満であるか否かにより、蒸気負荷を検知できる。
【００６８】
一方、各空気圧縮機５，１１からの圧縮空気は、圧縮空気路２０を介して中空のエアタンク２１内へ供給され、そのエアタンク２１から一または複数の圧縮空気使用装置（図示省略）へ供給可能とされる。エアタンク２１には、圧縮空気の使用負荷（空気負荷という）を把握するために、第二圧力センサ２２が設けられる。この第二圧力センサ２２により、エアタンク２１内の空気圧が監視される。これにより、その空気圧が設定値を下回るか否かにより、空気負荷があるか否かを検知可能である。すなわち、圧縮空気が使用される場合には、エアタンク２１内の空気圧が下がるので、それが設定値未満であるか否かにより、空気負荷を検知できる。
【００６９】
各蒸気駆動式圧縮機ユニット２と各電気駆動式圧縮機ユニット３とは、それぞれ共通の主制御器２３に接続されている。そして、主制御器２３は、以下に述べるように、各圧縮機ユニット２，３を制御して、省電力を図りつつ、所望の圧縮空気を提供する。
【００７０】
図２は、エアタンク２１内の圧力制御の一例を示す図である。本実施例では、エアタンク２１内の圧力が、設定範囲に収まるように、各圧縮機ユニット２，３が制御される。具体的に説明すると、基本的には、エアタンク２１内の圧力が第一下限圧力ＰＬ１と第一上限圧力ＰＨ１との間に収まるように、一または複数の圧縮機ユニット２，３が制御される。
【００７１】
そして、空気負荷が設定を上回ると圧縮機ユニット２，３の運転台数を増加させる一方、空気負荷が設定を下回ると圧縮機ユニット２，３の運転台数を減少させる。具体的には、空気負荷（圧縮空気の使用）が増え、エアタンク２１内の圧力が第一下限圧力ＰＬ１を下回ると運転台数を一台増加させ、それでもさらに第二下限圧力ＰＬ２を下回ると運転台数をさらに一台増加させる、というような制御がなされる。一方、空気負荷（圧縮空気の使用）が減り、エアタンク２１内の圧力が第一上限圧力ＰＨ１を上回ると運転台数を一台減少させ、それでもさらに第二上限圧力ＰＨ２を上回ると運転台数をさらに一台減少させる、というような制御がなされる。
【００７２】
但し、エアタンク２１内の圧力が第一下限圧力ＰＬ１を下回ると運転台数を一台増加させ、所定時間経過してもなお第一下限圧力ＰＬ１を下回っていると運転台数をさらに一台増加させる一方、エアタンク２１内の圧力が第一上限圧力ＰＨ１を上回ると運転台数を一台減少させ、所定時間経過してもなお第一上限圧力ＰＨ１を上回っていると運転台数をさらに一台減少させる、というような制御を行ってもよい。
【００７３】
いずれの場合も、運転台数を増加させる際には、蒸気駆動式圧縮機ユニット２を優先して起動させる一方、運転台数を減少させる際には電気駆動式圧縮機ユニット３を優先して停止させる。但し、運転台数を増加させる際、既に運転中の蒸気駆動式圧縮機ユニット２がある場合には、その蒸気駆動式圧縮機ユニット２の運転負荷も考慮して、蒸気駆動式圧縮機ユニット２と電気駆動式圧縮機ユニット３との内、いずれを起動させるかを決定するのがよい。
【００７４】
蒸気駆動式圧縮機ユニット２の運転負荷は、その蒸気エンジン４の運転負荷でもあり、具体的には、その蒸気エンジン４の回転数、またはその蒸気エンジン４にて使用後の蒸気が供給される箇所（ここでは第二蒸気ヘッダ１５）の蒸気圧により求められる。あるいは、その蒸気エンジン４により駆動される空気圧縮機５からの圧縮空気の吐出流量や、その蒸気エンジン４からの蒸気の吐出流量（またはその蒸気エンジン４への蒸気の吸込流量）により、蒸気エンジン４の運転負荷を把握してもよい。
【００７５】
そして、運転台数を増加させる際には、運転中の蒸気エンジン４の運転負荷を把握し、その運転負荷が設定値未満のときは、蒸気駆動式圧縮機ユニット２ではなく、電気駆動式圧縮機ユニット３を起動させる。すなわち、空気負荷条件により新たにいずれかの空気圧縮機５，１１を追加で運転する必要があるが、既に運転中の蒸気エンジン４が蒸気負荷条件により設定負荷未満の場合には、新たに蒸気エンジン４を起動させても、その蒸気エンジン４も蒸気負荷条件により十分に空気圧縮機５を駆動させないので、そのような場合には、電動機１０を起動するのである。但し、上述の説明から明らかなとおり、このような制御は、運転中の蒸気エンジン４にて使用後の蒸気が供給される箇所と、新たに起動しようとする蒸気エンジン４にて使用後の蒸気が供給される箇所が同一である場合になされる。
【００７６】
複数の蒸気エンジン４を運転させる際には、一台を容量制御し、他を全負荷運転するのがよい。具体的には、一つの蒸気エンジン４への給蒸弁９のみ開度調整し、他の運転中の蒸気エンジン４への給蒸弁９は全負荷となる開度に保持すればよい。容量制御される蒸気駆動式圧縮機ユニット２では、第二蒸気ヘッダ１５内の圧力と、エアタンク２１内の圧力とに基づき、給蒸弁９が制御される。たとえば、エアタンク２１内を目標圧力（たとえば第一下限圧力ＰＬ１と第一上限圧力ＰＨ１との中間値）にするように、給蒸弁９の開度を調整する。この間、第二蒸気ヘッダ１５内の圧力が所定上限値を上回ると、蒸気負荷がないとして、給蒸弁９を閉じて待機状態とする。その後、第二蒸気ヘッダ１５内の圧力が所定下限値を下回ると、蒸気負荷があるとして、再び給蒸弁９を開いて、待機状態を終了する。
【００７７】
運転中の蒸気エンジン４が蒸気負荷条件により待機状態に入る際、既にそのような待機状態にある蒸気エンジン４が別にある場合には、その内の一台のみを残し、他を停止させるのがよい。仮に複数台の蒸気エンジン４が待機状態となれば、次に蒸気負荷が生じた場合に、その複数台の蒸気エンジン４が一気に運転を開始し、第一蒸気ヘッダ１４の蒸気圧が一時的に低下してしまうおそれがあるが、待機状態になる蒸気エンジン４を一台のみとすることでそのような不都合を防止することができる。
【００７８】
ところで、全ての電気駆動式圧縮機ユニット３による圧縮空気の製造能力は、全ての蒸気駆動式圧縮機ユニット２による圧縮空気の製造能力以上とされ、且つ空気負荷の最大時に要する能力以上とされることが望ましい。この場合、蒸気利用が全くない場合にも、従来どおり、電気駆動式圧縮機ユニット２だけで、所望量の圧縮空気を得ることができる。
【００７９】
本実施例の蒸気システム１は、蒸気および圧縮空気が使用される現場で、且つ空気圧縮機１１を電動機１０で駆動させている現場に好適に適用され、そのような既設の電気駆動式圧縮機ユニット３と同等の能力を有する蒸気駆動式圧縮機ユニット２を併設して、蒸気負荷がある限り、蒸気駆動式圧縮機ユニット２の駆動を優先することで、電力の使用を抑えるのに好適に用いられる。
【００８０】
本発明の蒸気システム１は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、前記実施例では、複数の蒸気エンジン４を運転させる際には、一台を容量制御し、他を全負荷運転させたが、場合により、それぞれを容量制御してもよい。また、電動機１０がインバータ制御可能である場合において、蒸気エンジン４と電動機１０とが運転中の場合には、蒸気エンジン４と電動機１０とを合わせた内の一台（蒸気エンジン４または電動機１０）を容量制御し、他を全負荷運転させてもよいし、蒸気エンジン４と電動機１０の一台ずつを容量制御し、他を全負荷運転させてもよいし、場合によりすべてを容量制御してもよい。
【００８１】
また、前記実施例では、圧縮空気の使用負荷は、エアタンク２１に設けた第二圧力センサ２２により検出したが、第二圧力センサ２２はエアタンク２１ではなく、各空気圧縮機５，１１から圧縮空気が吐出される圧縮空気路２０に設けてもよい。その場合、エアタンク２１は、その設置を省略することもできる。
【００８２】
また、前記実施例では、蒸気の使用負荷は、第二蒸気ヘッダ１５に設けた第一圧力センサ１９により検出したが、第一圧力センサ１９は第二蒸気ヘッダ１５ではなく、各蒸気エンジン４からの排蒸路７とバイパス路１６との合流後の管路に設けてもよい。その場合、第二蒸気ヘッダ１５は、その設置を省略することもできる。
【００８３】
また、前記実施例では、各蒸気エンジン４にて使用後の蒸気は、共通の第二蒸気ヘッダ１５に供給されたが、異なる箇所に供給されてもよい。その場合、各蒸気エンジン４にて使用後の蒸気が供給される箇所にそれぞれ第一圧力センサ１９を設けるなどして、それぞれの箇所の蒸気負荷の有無を把握して制御すればよい。
【００８４】
また、前記実施例では、各圧縮機ユニット２，３に制御器８，１２を設け、さらに主制御器２３で各圧縮機ユニット２，３を制御したが、すべての圧縮機ユニット２，３を主制御器２３で直接に制御してもよい。さらに、前記実施例において、各圧縮機ユニット２，３の各空気圧縮機５，１１を共通化して、共通の圧縮機を、一または複数の蒸気エンジン４、および／または、一または複数の電動機１０で制御してもよい。
【００８５】
また、前記実施例では、各ユニット２，３の被動機として空気圧縮機５，１１としたが、空気以外の流体を扱う圧縮機としてもよい。また、前記実施例では、各ユニット２，３の被動機として圧縮機５，１１を設けたが、圧縮機５，１１に代えて、ポンプまたは送風機を設置してもよい。その場合も、前記実施例と同様に制御すればよい。また、圧縮機５，１１に代えて、真空ポンプを設置してもよい。その場合、蒸気エンジン４や電動機１０により駆動される各真空ポンプが吸引する空間内の圧力に基づき、蒸気エンジン４または電動機１０を制御すればよい。そして、その場合も、電動機１０よりも蒸気エンジン４が優先されるように、各ユニット２，３を制御するのがよい。この場合、圧縮機５，１１の場合とは逆に、真空度が低下して、上限圧力になると、原動機（蒸気エンジン４，電動機１０）の運転台数を増加させる一方、下限圧力になると、原動機の運転台数を減少させればよい。
【００８６】
また、前記実施例では、運転中の蒸気エンジン４が蒸気負荷条件により待機状態に入る際、既にそのような待機状態にある蒸気エンジン４が別にある場合には、その内の一台のみを残し、他を停止させたが、複数台を残し、他を停止させてもよい。たとえば、運転中の蒸気エンジン４が蒸気負荷条件により待機状態に入る際、既にそのような待機状態にある蒸気エンジン４が別にある場合、その既に待機中の台数が設定台数未満の場合にはそれに加えて新たに待機状態にすればよいし、既に待機中の台数が設定台数に至っている場合には、待機状態とせずに停止させればよい。
【００８７】
さらに、前記実施例では、原動機として、蒸気エンジン４と電動機１０とを用いたが、電動機１０は、蒸気以外を用いて動力を起こすその他の原動機としてもよい。たとえば、電動機１０に代えて、ディーゼルエンジンによるレシプロ式圧縮機としてもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１  蒸気システム
２  蒸気駆動式圧縮機ユニット
３  電気駆動式圧縮機ユニット
４  蒸気エンジン（第一原動機）
５  空気圧縮機（第一被動機）
１０  電動機（第二原動機）
１１  空気圧縮機（第二被動機）
１５  第二蒸気ヘッダ（第一原動機にて使用後の蒸気が供給される箇所）
１９  第一圧力センサ
２１  エアタンク（各被動機により流体が吐出される空間）
２２  第二圧力センサ
【図１】
2010255598.tif 000003
【図２】
2010255598.tif 000004